Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu hiệu quả và đề xuất giải pháp công nghệ xử lý nước thải chứa crôm bằng phương pháp hóa học tại công ty tnhh tae yang việt nam

Chuyên khảo Và giải pháp công nghệ xử lý nước thải chứa crôm tại công ty tae yang phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực

• Tác giả: Đinh Thị Huyền Nhung
• Người hướng dẫn: Ts. Trần Văn Quy
• Trường học: Đại học quốc gia Hà Nội - Trường đại học khoa học tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu hiệu quả và đề xuất giải pháp công nghệ xử lý nước thải chứa crôm bằng phương pháp hóa học tại công ty trách nhiệm hữu hạn Tae Yang Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Giới thiệu về ngành công nghiệp mạ điện
• 1.2. Các thành phần đặc trưng của nước thải công nghiệp mạ điện
• 1.3. Các kiểu mạ crôm
• 1.3.1. Mạ crôm bảo vệ trang sức
• 1.3.2. Mạ crôm thông thường
• 1.3.3. Mạ crôm phức hợp
• 1.3.4. Mạ crôm có chất phụ gia
• 1.3.5. Mạ crôm không có vết nứt và có vết nứt
• 1.3.6. Mạ crôm nhanh
• 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp thu thập, hệ thống hóa tài liệu
• 2.2.2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa
• 2.2.3. Phương pháp phân tích
• 2.2.4. Phương pháp tiến hành thực nghiệm
• 2.2.5. Phương pháp thống kê xử lý số liệu
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Quy mô sản xuất và hiện trạng, đặc tính nước thải của Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam
• 3.2. Hiện trạng xử lý và đặc tính nước thải của Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam
• 3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử - kết tủa crôm
• 3.3.1. Các yếu tố ảnh đến quá trình khử Cr6+
• 3.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo kết tủa Cr(OH)3
• 3.4. Đề xuất giải pháp công nghệ khả thi có thể áp dụng xử lý nước thải mạ chứa crôm tại Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam
• 3.4.1. Các thông số của dòng thải và lựa chọn phương pháp khả thi
• 3.4.2. Sơ đồ chung của hệ thống xử lý nước thải
• 3.4.3. Tính toán lựa chọn các thiết bị
• 3.4.3.1. Tính toán lựa chọn thiết bị hòa trộn hóa chất keo tụ tạo bông
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu xử lý nước thải chứa crôm tại công ty Tae Yang Việt Nam

Nước thải chứa crôm từ quá trình mạ điện tại công ty TNHH Tae Yang Việt Nam đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Crôm là một kim loại nặng có tác động xấu đến sức khỏe con người và môi trường. Việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp công nghệ xử lý nước thải là cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

1.1. Đặc điểm nước thải công nghiệp mạ điện tại công ty Tae Yang

Nước thải từ công ty Tae Yang chứa nhiều ion kim loại nặng, đặc biệt là crôm. Các thành phần này có thể gây ra ô nhiễm nghiêm trọng nếu không được xử lý đúng cách. Đặc điểm này cần được phân tích kỹ lưỡng để tìm ra phương pháp xử lý hiệu quả.

1.2. Tác động của crôm đến môi trường và sức khỏe

Crôm có thể gây ra nhiều bệnh lý nghiêm trọng như viêm da, loét dạ dày và nhiễm độc mãn tính. Việc thải nước chứa crôm ra môi trường không qua xử lý có thể dẫn đến ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến hệ sinh thái.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý nước thải chứa crôm

Xử lý nước thải chứa crôm gặp nhiều thách thức do tính chất độc hại và khó phân hủy của crôm. Các phương pháp xử lý hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu về hiệu quả và an toàn môi trường.

2.1. Các phương pháp xử lý nước thải hiện tại

Hiện nay, các phương pháp xử lý nước thải như hóa học, điện hóa, hấp phụ và sinh học đang được áp dụng. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những hạn chế riêng, cần được cải tiến để nâng cao hiệu quả.

2.2. Thách thức trong việc áp dụng công nghệ xanh

Việc áp dụng công nghệ xanh trong xử lý nước thải chứa crôm còn gặp nhiều khó khăn. Cần có sự đầu tư và nghiên cứu để phát triển các giải pháp công nghệ mới, thân thiện với môi trường.

III. Phương pháp xử lý nước thải chứa crôm hiệu quả

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp hóa học là một trong những giải pháp hiệu quả nhất để xử lý nước thải chứa crôm. Phương pháp này giúp loại bỏ crôm một cách triệt để và an toàn.

3.1. Phương pháp hóa học trong xử lý crôm

Phương pháp hóa học sử dụng các chất khử để chuyển đổi Cr(VI) thành Cr(III), từ đó dễ dàng kết tủa và loại bỏ khỏi nước thải. Nghiên cứu cho thấy hiệu quả cao khi sử dụng Na2S và NaHSO3.

3.2. Tối ưu hóa quy trình xử lý

Quy trình xử lý cần được tối ưu hóa về pH, nồng độ chất khử và thời gian phản ứng để đạt được hiệu quả cao nhất. Các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng khử crôm trong nước thải.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu tại công ty Tae Yang

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng phương pháp hóa học đã mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc xử lý nước thải chứa crôm tại công ty Tae Yang. Nồng độ crôm trong nước thải đã giảm xuống dưới tiêu chuẩn cho phép.

4.1. Kết quả thực nghiệm xử lý nước thải

Các thí nghiệm cho thấy nồng độ crôm trong nước thải giảm từ 200 mg/L xuống còn 10 mg/L sau khi xử lý. Điều này chứng tỏ tính khả thi của phương pháp hóa học trong xử lý nước thải.

4.2. Đánh giá hiệu quả và tính bền vững

Đánh giá hiệu quả xử lý cho thấy phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn bền vững, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Công ty cần tiếp tục duy trì và cải tiến quy trình này.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong xử lý nước thải

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc xử lý nước thải chứa crôm tại công ty Tae Yang là khả thi và hiệu quả. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để nâng cao hiệu quả xử lý và bảo vệ môi trường.

5.1. Tương lai của công nghệ xử lý nước thải

Công nghệ xử lý nước thải cần được cải tiến liên tục để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về bảo vệ môi trường. Các giải pháp công nghệ xanh sẽ là xu hướng trong tương lai.

5.2. Khuyến nghị cho công ty Tae Yang

Công ty cần đầu tư vào nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý nước thải, đồng thời nâng cao nhận thức về bảo vệ môi trường trong toàn bộ nhân viên.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp gia công cơ khí và xi mạ kim loại đóng vai trò then chốt trong chuỗi cung ứng công nghiệp chế tạo, tuy nhiên đây cũng là nguồn phát sinh chất thải nguy hại nghiêm trọng đối với môi trường. Theo ước tính từ các báo cáo ngành, có tới khoảng 80% cơ sở xi mạ quy mô vừa và nhỏ tại Việt Nam chưa vận hành hệ thống xử lý nước thải đạt quy chuẩn hoặc chỉ xử lý mang tính hình thức. Tại Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Tae Yang Việt Nam (Khu công nghiệp Phố Nối A, tỉnh Hưng Yên) – đơn vị chuyên sản xuất dao, thìa, dĩa inox với quy mô trên 74.000 sản phẩm mỗi năm và tiêu thụ khoảng 600 tấn nguyên liệu thép không gỉ/năm – tổng lưu lượng nước thải phát sinh là 185 m³/ngày. Trong đó, nước thải sản xuất xi mạ chiếm 15 m³/ngày và nước thải sinh hoạt chiếm 170 m³/ngày.

Vấn đề nan giải hiện nay là doanh nghiệp đang gom chung hai dòng thải này vào hệ thống xử lý sinh học bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank. Do đặc tính của ion crôm hóa trị sáu (Cr6+) có độc tính rất cao và khả năng ức chế sinh học mạnh, hệ thống sinh học hoàn toàn mất tác dụng đối với việc loại bỏ kim loại nặng. Kết quả phân tích chất lượng nước sau xử lý cho thấy hàm lượng Cr6+ vẫn duy trì ở mức 1,20 mg/L, vượt gấp 12 lần giới hạn cho phép theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT cột B (0,1 mg/L).

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá thực trạng dòng thải, tiến hành khảo sát thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng nhằm tối ưu hóa phản ứng khử Cr6+ về Cr3+ và kết tủa Cr(OH)3 bằng phương pháp hóa học, từ đó đề xuất quy trình công nghệ phân dòng và xử lý triệt để nước thải chứa crôm. Việc thực thi giải pháp này giúp đưa nồng độ Cr6+ về dưới ngưỡng 0,05 mg/L, đảm bảo loại bỏ trên 98% hàm lượng kim loại nặng nguy hại và bảo vệ hệ sinh thái tiếp nhận xung quanh khu công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng nhiệt động học hóa học và động học các phản ứng oxy hóa - khử (Redox) cùng quá trình kết tủa hydroxit kim loại. Trong môi trường nước thải mạ điện, crôm tồn tại phổ biến ở dạng anion cromat (CrO4 2-) hoặc bicromat (Cr2O7 2-) với số oxy hóa +6 có độc tính sinh học cao và tính hòa tan mạnh. Để tách loại ion này, cơ chế kinh điển là chuyển hóa Cr6+ về dạng Cr3+ ít độc hơn bằng các chất khử vô cơ, sau đó nâng độ kiềm để tạo kết tủa bền vững Cr(OH)3 và lắng tách cặn.

Mô hình phản ứng oxy hóa - khử được thiết lập dựa trên các chất khử chứa ion sunfua (S 2- trong Na2S), sunfit/bisunfit (HSO3 - trong NaHSO3) và ion sắt hai (Fe 2+ trong FeSO4). Về mặt lý thuyết, phản ứng khử diễn ra thuận lợi trong môi trường axit mạnh nhờ thế oxy hóa - khử tiêu chuẩn của cặp Cr2O7 2-/Cr3+ đạt giá trị dương cao (+1,33V). Tiếp theo, lý thuyết hòa tan và kết tủa hydroxit kim loại lưỡng tính chỉ ra rằng Cr(OH)3 có tích số tan rất nhỏ (khoảng 6,3 x 10^-31), cho phép kết tủa tối đa ở khoảng pH từ 8,0 đến 9,0 trước khi bị tái tan ở môi trường kiềm mạnh (pH > 11).

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được áp dụng xuyên suốt bao gồm: dung lượng chất khử, hiệu suất khử crôm hexavalent, độ hòa tan của hydroxit kim loại lưỡng tính, quá trình keo tụ tạo bông và quy chuẩn kỹ thuật xả thải công nghiệp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm chuỗi số liệu khảo sát thực địa kết hợp dữ liệu thực nghiệm tại phòng thí nghiệm chuyên môn. Quy trình lấy mẫu nước thải tại nhà máy được thực hiện nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4556-88 tại 2 vị trí trọng yếu: mẫu trước xử lý (NT-1) và mẫu sau hệ thống Aerotank (NT-2). Cỡ mẫu phân tích bao gồm 3 đợt lấy mẫu độc lập, mỗi chỉ tiêu đo đạc được lặp lại tối thiểu 3 lần để lấy giá trị trung bình thống kê nhằm triệt tiêu sai số ngẫu nhiên. Mẫu sau khi thu thập được bảo quản bằng axit sunfuric tinh khiết và vận chuyển ngay về phòng thí nghiệm.

Hệ thống thực nghiệm trong phòng lab sử dụng mẫu dung dịch pha chuẩn có nồng độ Cr6+ ban đầu cố định là 10 g/L (10.000 mg/L) với thể tích 100 mL cho mỗi mẻ thí nghiệm Jartest. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích quang phổ so màu trên thiết bị HACH DR/2400 (Method 8024) và máy đo quang phổ hấp thụ phân tử UVS 2800 là do phương pháp này đáp ứng độ chọn lọc cao đối với ion Cr6+, giới hạn phát hiện thấp tới 0,01 mg/L và độ lặp lại có sai số dưới 2%. Chỉ số pH được kiểm soát liên tục bằng máy đo điện tử Sension 156 của hãng HACH (Mỹ). Dữ liệu sau thu thập được xử lý thống kê, tính toán hiệu suất loại bỏ và đối chuẩn với QCVN 40:2011/BTNMT.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích hiện trạng cho thấy dòng thải sản xuất của nhà máy có tính axit mạnh với pH đạt mức 2,95, chỉ số COD lên tới 647 mg/L và nồng độ Cr6+ ban đầu là 2,64 mg/L. Nước thải sau hệ thống xử lý sinh học vẫn còn tồn dư Cr6+ ở mức 1,20 mg/L, vượt 1200% so với giới hạn xả thải cột B.

Thực nghiệm xác định ảnh hưởng của pH cho thấy môi trường pH = 3,0 là điều kiện tối ưu tuyệt đối cho phản ứng khử Cr6+ về Cr3+ đối với cả ba tác nhân khử:

• Với Na2S, khi tăng pH từ 2,0 lên 3,0, hiệu suất khử tăng mạnh từ 50,6% lên đỉnh 76,7%, sau đó giảm sút xuống 49,8% tại pH = 4,0.
• Với NaHSO3, hiệu suất khử tăng từ 59,7% (tại pH = 2,0) lên cực đại 77,9% (tại pH = 3,0) rồi giảm về 49,5% khi pH đạt 4,0.
• Với FeSO4, hiệu suất khử đạt đỉnh 81,8% tại pH = 3,0, vượt trội so với mức 63,8% tại pH = 2,0 và 53,8% tại pH = 4,0.

Về liều lượng chất khử tối ưu để khử hoàn toàn 1 g Cr6+ tại pH = 3,0:

• Hàm lượng Na2S tối ưu là 3,0 g (đạt hiệu suất 78,9%, nồng độ Cr6+ giảm từ 10 g/L xuống 2,11 g/L).
• Hàm lượng NaHSO3 tối ưu là 5,0 g (đạt hiệu suất 77,0%, nồng độ Cr6+ giảm xuống 2,30 g/L).
• Hàm lượng FeSO4 tối ưu là 20,0 g (đạt hiệu suất 71,1%, nồng độ Cr6+ giảm xuống 2,89 g/L).

Quá trình kết tủa Cr(OH)3 bằng sữa vôi Ca(OH)2 đạt hiệu quả cao nhất ở dải pH từ 8,5 đến 9,0 với thời gian khuấy chậm lý tưởng là 15 đến 20 phút và thời gian lắng tĩnh 20 đến 30 phút, giúp loại bỏ trên 99% lượng crôm tổng ra khỏi pha lỏng.

Thảo luận kết quả

Cơ chế phản ứng khử đạt hiệu suất cao nhất tại pH = 3,0 được giải thích bởi sự chuyển dịch cân bằng ion. Trong môi trường pH từ 2,0 đến 3,0, crôm tồn tại chủ yếu dưới dạng bicromat (Cr2O7 2-) có thế oxy hóa tiêu chuẩn cao, thúc đẩy tốc độ nhận electron từ các chất khử diễn ra nhanh chóng. Khi pH tăng vượt quá 3,5, sự suy giảm ion H+ làm giảm thế oxy hóa của hệ, đồng thời các ion Fe2+ hoặc sunfit dễ bị oxy hóa bởi oxy hòa tan trong không khí, làm hao hụt lượng tác nhân khử hữu dụng.

Khi phân tích mối quan hệ giữa liều lượng hóa chất và hiệu suất phản ứng, dữ liệu thực nghiệm được trực quan hóa rất rõ nét thông qua biểu đồ đường tương quan (Line chart) thể hiện động học khử và bảng tổng hợp đối chuẩn đa thông số. Đồ thị cho thấy khi tăng nồng độ chất khử vượt quá điểm bão hòa (trên 3 g Na2S hoặc trên 5 g NaHSO3), đường hiệu suất có xu hướng đi ngang hoặc giảm nhẹ do hiện tượng dư thừa hóa chất làm cản trở quá trình đo quang và tạo phức phụ.

So sánh với các phương pháp xử lý khác như trao đổi ion hay màng lọc thẩm thấu ngược, phương pháp khử - kết tủa hóa học sử dụng FeSO4 hoặc NaHSO3 kết hợp sữa vôi thể hiện ưu thế vượt trội về mặt kinh tế kỹ thuật. Phương pháp này có chi phí vận hành thấp hơn khoảng 40% đến 60% so với công nghệ trao đổi ion, vận hành đơn giản, chịu được dao động tải lượng lớn và rất phù hợp với năng lực tài chính của các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm crôm và nâng cao hiệu quả bảo vệ môi trường, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật công nghệ trọng tâm:

1. Tách dòng và thu gom riêng biệt: Tiến hành cải tạo mạng lưới thu gom nội bộ để cô lập toàn bộ 15 m³/ngày nước thải xi mạ chứa crôm và kim loại nặng độc hại, tuyệt đối không xả chung vào hệ thống xử lý sinh học 170 m³/ngày. Giải pháp này giúp bảo vệ quần thể vi sinh vật bùn hoạt tính Aerotank không bị ngộ độc kim loại.

2. Xây dựng module xử lý hóa lý bậc hai chuyên biệt: Lắp đặt dây chuyền xử lý hóa lý liên hoàn công suất 20 m³/ngày bao gồm 4 ngăn chính:

   • Ngăn phản ứng khử: Bổ sung axit sunfuric để duy trì pH = 2,5 - 3,0 và châm dung dịch NaHSO3 (hoặc FeSO4) với tỷ lệ định mức 5 kg hóa chất/kg Cr6+, thời gian phản ứng 15 phút.
   • Ngăn trung hòa - kết tủa: Châm sữa vôi Ca(OH)2 10% để nâng pH lên 8,5 - 9,0 nhằm chuyển hóa toàn bộ Cr3+ thành kết tủa Cr(OH)3.
   • Ngăn keo tụ tạo bông: Bổ sung chất trợ keo tụ Polymer anion với liều lượng 2 đến 5 mg/L, khuấy chậm 15 phút để hình thành bông cặn lớn.
   • Ngăn lắng lamen: Lắng trọng lực với thời gian lưu nước 2,5 giờ nhằm tách hoàn toàn bùn hydroxit kim loại.

3. Tự động hóa kiểm soát thông số vận hành: Trang bị hệ thống cảm biến pH và ORP online tự động điều khiển bơm định lượng hóa chất, đảm bảo Cr6+ đầu ra luôn đạt dưới ngưỡng 0,05 mg/L và Cr tổng dưới 0,5 mg/L theo QCVN 40:2011/BTNMT cột A.

4. Quản lý bùn thải nguy hại: Lắp đặt máy ép bùn khung bản để thu gom bùn Cr(OH)3 và CaSO4 với độ ẩm dưới 75%, lưu trữ tại kho chất thải nguy hại chuyên dụng và ký hợp đồng chuyển giao định kỳ với đơn vị có giấy phép hành nghề xử lý chất thải độc hại.

Kế hoạch triển khai được giao cho Ban Giám đốc và Bộ phận Kỹ thuật Môi trường Công ty Tae Yang phối hợp với đơn vị tư vấn hoàn thành trong thời gian 3 đến 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả thực nghiệm của luận văn là tài liệu tham khảo có giá trị cao cho 4 nhóm đối tượng sau:

1. Kỹ sư môi trường và cán bộ vận hành trạm xử lý nước thải: Nắm bắt các thông số vận hành thực tế như dải pH tối ưu 3,0 cho phản ứng khử, tỷ lệ tiêu hao hóa chất 5 g NaHSO3/g Cr6+, thời gian khuấy và lắng chuẩn xác để áp dụng trực tiếp vào tối ưu hóa trạm xử lý nước thải mạ điện.

2. Cán bộ quản lý an toàn và môi trường tại các doanh nghiệp xi mạ, cơ khí chế tạo: Sử dụng luận văn làm cơ sở thiết kế quy hoạch mạng lưới tách dòng nước thải, dự toán chi phí hóa chất vận hành và xây dựng báo cáo đánh giá tác động môi trường định kỳ.

3. Học viên cao học, sinh viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Khoa học và Kỹ thuật Môi trường: Tham khảo phương pháp bố trí thực nghiệm Jartest khoa học, phương pháp phân tích so màu quang phổ trắc quang xác định kim loại nặng theo tiêu chuẩn HACH và kỹ năng xử lý số liệu thống kê.

4. Chuyên viên thanh tra, quản lý nhà nước về môi trường tại các Sở Tài nguyên và Môi trường, Ban Quản lý Khu công nghiệp: Sử dụng số liệu đối chứng để thẩm định công nghệ xử lý nước thải công nghiệp xi mạ và giám sát tuân thủ quy chuẩn xả thải đối với các dự án mạ kim loại.

Câu hỏi thường gặp

Nước thải xi mạ chứa Cr6+ chưa qua xử lý hóa lý gây ra tác hại gì khi xả vào hệ thống sinh học? Hao hụt sinh khối và ức chế hoàn toàn vi sinh vật bùn hoạt tính do Cr6+ là chất oxy hóa cực mạnh và có độc tính cao. Mẫu phân tích NT-2 của nhà máy cho thấy hàm lượng Cr6+ vẫn còn 1,20 mg/L sau bể Aerotank, làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng xử lý và gây ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận.

Tại sao phản ứng khử Cr6+ về Cr3+ bắt buộc phải thực hiện trong môi trường pH = 3,0? Trong môi trường axit mạnh tại pH = 3,0, anion bicromat Cr2O7 2- có thế điện cực oxy hóa cao nhất (+1,33V), giúp phản ứng khử với NaHSO3 hoặc FeSO4 đạt hiệu suất cực đại từ 77,9% đến 81,8%. Khi pH cao hơn 3,5, phản ứng diễn ra rất chậm và hiệu suất giảm mạnh xuống dưới 50%.

Trong ba chất khử Na2S, NaHSO3 và FeSO4, hóa chất nào tối ưu nhất cho thực tế sản xuất? Chất khử NaHSO3 và FeSO4 là lựa chọn tối ưu nhất. Dù FeSO4 cho hiệu suất cao (81,8% ở liều lượng lý thuyết), nhưng thực tế cần tới 20 g FeSO4/g Cr6+ sinh ra lượng bùn sắt rất lớn. Do đó, NaHSO3 với liều lượng 5 g/g Cr6+ vừa đảm bảo hiệu suất 77%, vừa tiết kiệm chi phí và giảm thể tích bùn thải.

pH thích hợp nhất để kết tủa hoàn toàn ion Cr3+ thành Cr(OH)3 là bao nhiêu? Khoảng pH tối ưu là 8,5 đến 9,0. Ở khoảng pH này, tích số tan của Cr(OH)3 đạt cực tiểu, cho phép kết tủa triệt để kim loại. Nếu tiếp tục tăng pH vượt quá 11,0, kết tủa Cr(OH)3 sẽ bị hòa tan trở lại do tính chất lưỡng tính tạo phức cromit tan trong nước.

Quy chuẩn nào của Việt Nam đang kiểm soát nồng độ crôm trong nước thải công nghiệp? Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT quy định rất nghiêm ngặt: giới hạn Cr6+ tối đa cho phép là 0,05 mg/L (cột A) và 0,1 mg/L (cột B); nồng độ Cr tổng tối đa cho phép là 0,2 mg/L (cột A) và 0,5 mg/L (cột B).

Kết luận

• Hệ thống xử lý sinh học hiện hữu tại Công ty Tae Yang hoàn toàn không có khả năng loại bỏ ion crôm, khiến nồng độ Cr6+ đầu ra đạt 1,20 mg/L, vượt 12 lần QCVN 40:2011/BTNMT cột B.
• Nghiên cứu đã xác lập môi trường tối ưu cho phản ứng khử Cr6+ về Cr3+ tại giá trị pH = 3,0 với hiệu suất chuyển hóa đạt từ 77,0% đến 81,8%.
• Tỷ lệ liều lượng chất khử tối ưu được xác định cụ thể là 5,0 g NaHSO3 cho mỗi gam Cr6+ cần xử lý, giúp giảm thiểu đáng kể chi phí hóa chất so với FeSO4.
• Quá trình kết tủa Cr(OH)3 bằng sữa vôi đạt hiệu suất lắng tách tối đa ở pH 8,5 - 9,0 với thời gian khuấy chậm 15 phút và thời gian lắng 20 - 30 phút.
• Giải pháp công nghệ tách dòng 15 m³/ngày nước thải xi mạ để xử lý qua hệ thống hóa lý 2 bậc liên hoàn bảo đảm chất lượng nước thải đầu ra đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A (Cr6+ dưới 0,05 mg/L).

Đóng góp chính của luận văn là đã cung cấp bộ thông số công nghệ thực nghiệm chuẩn xác và phương án thiết kế hệ thống xử lý hóa lý khả thi, giải quyết triệt để bài toán ô nhiễm kim loại nặng tại cơ sở sản xuất đồ dùng inox. Doanh nghiệp cần tiến hành lắp đặt hệ thống tách dòng và module hóa lý trong thời gian 3 đến 6 tháng tới nhằm tuân thủ pháp luật bảo vệ môi trường và hướng tới sản xuất sạch hơn. Các nhà máy cơ khí xi mạ có điều kiện tương tự nên chủ động áp dụng quy trình công nghệ này để tối ưu hóa chi phí và bảo vệ nguồn tài nguyên nước bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Bảo vệ môi trƣờng ngày nay đã trở thành một vấn đề vô cùng cấp bách của mọi quốc gia vì nó liên quan đến vấn đề sống còn của toàn nhân loại. Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế đó. Công nghệ mạ điện có đóng góp rất quan trọng đối với ngành công nghiệp. Ứng dụng của mạ điện trong các ngành sản xuất là rất rộng rãi, trong lĩnh vực sản xuất hàng tiêu dùng và trong ngành cơ khí chế tạo máy, chế tạo phụ tùng xe máy, ô tô,…Tuy nhiên, nƣớc thải sinh ra từ quá trình mạ điện đang là vấn đề rất đáng lo ngại, do chứa nhiều ion kim loại nặng ( Cr, Ni ,Zn, Cu ) là độc chất đối với sinh vật, gây tác hại xấu đến sức khỏe con ngƣời.

Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bị chết hoặc thoái hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học, ảnh hƣởng đến sự sống của sinh vật về lâu dài. Hiện nay, tại hầu hết các cơ sở mạ điện, đặc biệt là các cơ sở tiểu thủ công nghiệp, nƣớc thải sinh ra thƣờng đổ trực tiếp vào môi trƣờng không qua xử lý hoặc xử lý có tính chất hình thức, nồng độ ô nhiễm vƣợt xa so với tiêu chuẩn dòng thải cho phép gây tác hại nghiêm trọng đến hệ sinh thái khu vực cũng nhƣ đối với sức khỏe cộng đồng dân cƣ xung quanh. Vì vậy, nghiên cứu khả năng xử lý đồng thời có đƣợc một hệ thống xử lý nƣớc thải thích hợp là rất cần thiết đối với một cơ sở mạ điện. Điều đó không chỉ phát huy đƣợc vai trò quan trọng của công nghiệp mạ điện trong nền kinh tế quốc dân mà còn góp phần bảo vệ đƣợc môi trƣờng và phát triển bền vững.

Việc chọn đề tài “Nghiên cứu hiệu quả và đề xuất giải pháp công nghệ xử lý nước thải chứa crôm bằng phương pháp hóa học tại Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Tae Yang Việt Nam” nhằm có đƣợc các điều kiện tối ƣu và đề xuất giải pháp công nghệ khả thi xử lý nƣớc thải mạ chứa crôm tại Công ty Trách nhiệm Hữu hạn (TNHH) Tae Yang Việt Nam (Khu công nghiệp Phố Nối A – Hƣng Yên). K18 (2010 - 2012) 1 Khoa häc M«i tr-êng LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] §inh ThÞ HuyÒn Nhung LuËn v¨n th¹c sü Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:  Tìm hiểu quy mô, hiện trạng và công nghệ sản xuất tại Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam  Đặc tính nƣớc thải và hiện trạng xử lý  Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình khử Cr6+ về Cr3+  Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo kết tủa Cr(OH)3  Đề xuất giải pháp công nghệ khả thi có thể áp dụng xử lý nƣớc thải chứa crôm tại Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam K18 (2010 - 2012) 2 Khoa häc M«i tr-êng LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] §inh ThÞ HuyÒn Nhung LuËn v¨n th¹c sü CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu về ngành công nghiệp mạ điện Phƣơng pháp mạ điện đƣợc phát hiện lần đầu tiên vào năm 1805 bởi nhà hóa học Luigi V. Brugnatelli để tạo một lớp phủ bên ngoài kim loại khác.

Tuy nhiên lúc đó ngƣời ta không quan tâm lắm đến phát hiện của Luigi Brungnatelli mà mãi sau này, đến năm 1840, khi các nhà khoa học Anh đã phát minh ra phƣơng pháp mạ với xúc tác xyanua và lần đầu tiên phƣơng pháp mạ điện đƣợc đƣa vào sản xuất với mục đích thƣơng mại thì công nghiệp mạ chính thức phổ biến trên thế giới. Sau đó là sự phát triển của các công nghệ mạ khác nhƣ: mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, … Những năm 1940 của thế kỷ XX đƣợc coi là bƣớc ngoặc lớn đối với ngành mạ điện bởi sự ra đời của công nghiệp điện tử [19]. Công nghệ mạ điện là một trong những lĩnh vực công nghệ bề mặt quan trọng làm thay đổi bề mặt vật liệu. Mạ điện dùng để bảo vệ kim loại, chống ăn mòn kim loại làm cho chi tiết có đƣợc tính chất cơ lý tốt hơn: Tăng độ cứng bề mặt chống ăn mòn, tăng tính thẩm mỹ… Trong những năm gần đây, trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc, nhu cầu về mạ điện ngày càng tăng cao.

Sản phẩm mạ có mặt trong hầu hết các ngành: Công nghệ chế tạo máy, thiết bị vô tuyến viễn thông, thiết bị y tế và đồ dùng sinh hoạt… Năng suất chất lƣợng, giá thành và các chất thải của công nghệ mạ nói chung rất khác nhau phụ thuộc vào từng quy trình công nghệ riêng biệt. Muốn nâng cao năng suất mạ điện thƣờng ngƣời ta tập trung vào các hƣớng sau: - Tăng cƣờng độ của quá trình mạ; - Dùng chất mạ bóng để giảm bớt nhân công, tiết kiệm kim loại; - Thay thế các dung dịch rẻ hơn hoặc ít gây độc hại; - Chế tạo các lớp mạ đặc biệt; - Cơ khí hóa và tự động hóa. Tại Việt Nam, cùng với sự phát triển của ngành cơ khí, ngành công nghiệp mạ điện đƣợc hình thành từ khoảng 40 năm trƣớc và đặc biệt phát triển mạnh trong giai đoạn những năm 1970 – 1980. Các cơ sở mạ của Việt Nam hiện nay tồn tại một cách độc lập hoặc đi liền với các cơ sở cơ khí, dƣới dạng công ty cổ phần, công ty K18 (2010 - 2012) 3 Khoa häc M«i tr-êng LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] §inh ThÞ HuyÒn Nhung LuËn v¨n th¹c sü tƣ nhân và công ty liên doanh với nƣớc ngoài.

Phần lớn các cơ sở mạ điện ở nƣớc ta đều có quy mô nhỏ tập trung ở các thành phố lớn, sản phẩm chủ yếu đƣợc mạ là crôm, đồng, niken, bạc…Ngoài ra các loại hình mạ điện đặc biệt nhƣ mạ cađimi, mạ thiếc, mạ chì, mạ sắt và mạ hợp kim cũng đƣợc phát triển để đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp hiện đại. Các thành phần đặc trƣng của nƣớc thải công nghiệp mạ điện Căn cứ vào sơ đồ công nghệ của một phân xƣởng mạ điện (Hình 1.1) ta thấy ô nhiễm nƣớc thải do nhiều nguyên nhân xuất phát từ những công đoạn khác nhau. Do vậy nƣớc thải nói chung bao gồm rất nhiều thành phần hỗn hợp nhƣ: xianua, crôm, niken, đồng, kẽm…và các hợp chất của kẽm, dầu mỡ cũng là loại nƣớc thải độc hại. Trong đó độc nhất phải kể đến Cr (VI).

Muốn xử lý có hiệu quả cao ngƣời ta phải thu gom, tách dòng theo từng công đoạn, từng trƣờng hợp cụ thể mà lựa chọn phƣơng pháp xử lý thích hợp nhất. Thành phần xyanua (CN-) ảnh hƣởng trực tiếp đến đời sống con ngƣời, thậm chí ở nồng độ rất thấp trong nƣớc cũng gây ảnh hƣởng rất lớn đến tính mạng. Phƣơng pháp mạ có chứa xyanua rất độc, do đó có thể khử bỏ trực tiếp sau khi thải. Ngày nay ngƣời ta thƣờng không dùng hợp chất xyanua khi mạ vì nó có tính độc hại cao.

Trong dây chuyền của Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam cũng không dùng xyanua khi mạ. Nƣớc thải có tính axit trong quá trình tẩy rửa kim loại thì xử lý bằng phƣơng pháp trung hòa. Nƣớc thải chứa crôm từ các bể mạ kim loại giống nhƣ xyanua, crôm có tính độc cao thậm chí nồng độ thấp cũng đọng lại trong cơ thể gây các bệnh viêm da, loét dạ dày, nhiễm độc mãn tính. Do đó cần đƣợc tách riêng và xử lý triệt để.

Thông thƣờng độ pH của nƣớc thải là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá nƣớc thải sản xuất. Theo độ ăn mòn ngƣời ta phân ra các loại nƣớc thải nhƣ sau: + Ít ăn mòn: Có tính axit yếu pH= 6÷6,5, tính kiềm yếu pH từ 8÷9 + Ăn mòn mạnh: Có tính axit mạnh pH <6, tính kiềm mạnh pH>9 Ngoài ra ngƣời ta còn xét đến các yếu tố nhiệt độ, tốc độ nƣớc di chuyển trong quá trình mạ ảnh hƣởng trực tiếp đến thành phần nƣớc thải công nghiệp mạ điện. K18 (2010 - 2012) 4 Khoa häc M«i tr-êng LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] §inh ThÞ HuyÒn Nhung LuËn v¨n th¹c sü Cạo lớp sơn mạ Vật cần mạ Bụi rỉ cũ, cạo rỉ Mài nhẵn đánh bóng Bụi kim loại Hơi dung môi Xăng, dung môi Khử dầu mỡ Nƣớc thải chứa dầu mỡ N­íc th¶i chøa dÇu mì. Làm sạch bằng Hơi axit phƣơng pháp HCl, H2SO4, hóa học, điện Nƣớc thải có tính axit, kiềm NaOH Mạ đồng Chất mạ bóng NiSO4, H3BO3 CN-, muối đồng H2SO4, CrO3 Mạ Niken Mạ Crôm Ni2+,axit Nƣớc thải có chứa axit, CN-, kim loại nặng K18 (2010 - 2012) 5 Khoa häc M«i tr-êng LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] §inh ThÞ HuyÒn Nhung LuËn v¨n th¹c sü Hình 1.

Sơ đồ công nghệ với các dòng thải của quá trình mạ điện Trong công nghệ mạ điện về cơ bản bao gồm: quá trình xử lý bề mặt, quá trình mạ và hoàn thành sản phẩm. Sơ đồ công nghê ̣ ma ̣ điê ̣n điể n hình kèm theo dòng thải đƣợc trình bày nhƣ sau:  Công đoa ̣n xƣ̉ lý bề mă ̣t: Trƣớc khi chi tiế t đƣơ ̣c ma ̣ , vâ ̣t cầ n đƣơ ̣c cắ t , tiê ̣n hà n theo đúng hin ̀ h da ̣ng sản phẩm yêu cầu của khách hàng. Sau đó chi tiế t ma ̣ cầ n phải ca ̣o lớp gỉ bám trên bề mă ̣t mu ̣c đích làm sa ̣ch gỉ ta ̣o mă ̣t phẳ ng thƣờng dùng các bánh mài , vâ ̣t liê ̣u mài cỡ ha ̣t to hoă ̣c dùng phớt mài… Sau đó các chấ t bẩ n nhƣ dầ u mỡ và bu ̣i bám trên bề mă ̣t đƣơ ̣c loa ̣i bỏ. Các giai đoạn của quá trình xử lý bề mặt thƣờng là làm sạch bằng biê ̣n pháp cơ ho ̣c nhƣ kiề m , tẩ y gỉ và các phƣơng pháp hoa ̣t hóa bề mă ̣t khác.

Sƣ̣ sắ p xế p các công đoa ̣n tƣ̀ gia công bề mă ̣t đế n tẩ y dầ u mỡ , tẩ y axit, đánh bóng hóa học và điện hóa theo hệ thống quá trình riêng biệt dựa vào yêu cầu cơ bản của các chấ t nế u đƣơ ̣c ma ̣ và các quá trin ̀ h ma ̣ tiế p theo. Dầ u mỡ của các chất hữu cơ đƣợc loại bỏ bằng quá trình xà phòng hóa với kiềm. Dầ u mỡ , khoáng và xăng không thể loại bỏ bằng phƣơng pháp này mà phải dùng các dung môi để thƣ̣c hiê ̣n nhƣ : tricloretylen, benzen, xăng và cacbon tetrachloride nhƣng hầ u hế t phƣơng pháp thƣ̣c hiê ̣n tẩ y dầ u mỡ là phƣơng pháp điê ̣n hóa .